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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Pumpe bzw. eine Kühlmittelpumpe mit einer druckausgleichenden Medientrennung, und genauer genommen, eine elektrische Pumpe mit einer druckausgleichenden Trennung zwischen einem Fördermedium und einem elektrisch nichtleitenden Medium als Wärmeträger für eine Abwärme aus elektrischer Verlustleistung.
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Im Stand der Technik sind elektrische Pumpen bekannt, die durch einen Elektromotor vom Trockenläufertyp angetrieben werden. Bei dieser Pumpengattung ist in dem Aufbau des Pumpengehäuses zwischen einer Pumpenbaugruppe und einer Antriebsbaugruppe eine Wellendichtung vorgesehen, die den trockenlaufenden Elektromotor gegen den Druck des Förderstroms, der in der Pumpenkammer herrscht, zu dem Fördermedium abdichtet.
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Aufgrund von Verschleiß durch Reibung, die unter einen Anpressdruck der Dichtung erfolgt, der die erforderliche Abdichtung zu dem anliegenden hydrostatischen Druck sicherstellt, verändert sich mit der Zeit ein umlaufendes Spaltmaß zwischen den dynamischen Dichtungsflächen, so dass die Wellendichtung einer begrenzten Lebensdauer unterliegt. Wenn eine Dichtungsfunktion versagt, und der als Trockenläufer ausgelegte Elektromotor mit dem Fördermedium in Kontakt gelangt, kann es zu Kurzschlüsse zwischen den Feldspulen des Stators oder dergleichen kommen, wodurch dauerhafte Schäden entstehen. Somit stellt die Wellendichtung ein maßgebliches Bauteil bezüglich der Lebensdauer einer Pumpe mit trockenlaufendem Elektromotor dar. Bei einem Betriebsausfall der Pumpe können sich wiederum weitere negative Folgen wie ein Zwangsstopp oder Folgeschäden in einem umgebenden System, wie z.B. einem Kühlkreislauf einer Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs ergeben.
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Zur Vermeidung dieser Problemstellung sind im Stand der Technik darüber hinaus Pumpen bekannt, deren Antrieb als nasslaufender Elektromotor konzipiert ist. Derartige Nassläufer zeichnen sich durch ein Spaltrohr aus, das zwischen dem Stator und dem Rotor angeordnet ist. Das Spaltrohr trennt den Bauraum des Elektromotors radial in einen von Flüssigkeit durchströmten Raum, in dem sich der Rotor dreht, und einen trockenen Raum, in dem die Feldspulen des Stators vor Feuchtigkeit geschützt sind. Bei einem Nassläufer tritt das Fördermedium in die Motorbaugruppe ein und gelangt in einem durch das Spaltrohr begrenzten Flüssigkeitsbereich lediglich mit dem Rotor in Kontakt, der gegen Feuchtigkeit unempfindlich ist.
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Unter Verzicht auf eine Wellendichtung kann somit konstruktionsbedingt eine höhere Lebensdauer der Pumpe gewährleistet werden. Zudem kann durch Bereitstellung einer Zirkulation des eintretenden Fördermediums in dem Nassläufer eine Kühlung der Motorkomponenten erreicht werden.
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Als weiteren Stand der Technik offenbart die
DE 25 50 201 A1 einen hermetisch abgekapselten elektrischen Pumpenantrieb, bei der der motorseitige Teil einer Pumpenantriebswelle und zumindest der Motor-Rotor von einem mit einem Pumpengehäuse verbundenen Motor-Kapselelement flüssigkeitsdicht umgeben sind. Dabei ist ein stopfbüchsenloser Wellendurchtritt zwischen Pumpenraum und Motorraum vorgesehen. Außerdem ist eine Flüssigkeit zumindest in der Umgebung des Motor-Rotors und der Pumpenantriebswelle befindlich. Der Pumpenantrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenraum in sich geschlossen, mit einem dielektrischen Medium gefüllt, und am Wellendurchtritt mit einer Dichtung versehen ist, und dass beiderseits der Wellendichtung eine wirksame Druckausgleichsvorrichtung vorgesehen ist.
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Die
DE 31 20 232 A1 offenbart eine Druckausgleichseinrichtung für einen Elektromotor, bei der eine Druckdifferenz zwischen einem Pumpenraum und einem Motorraum ohne ein Einleiten von heißem Medium in den Pumpenraum ausgeglichen werden kann. Dies wird durch Faltenbälge erreicht, die mit dem Pumpenraum verbunden sind und das Medium enthalten. Muss eine Druckdifferenz zwischen Pumpenraum und Motorraum stattfinden, wird ein Teil des in den Faltenbälgen befindlichen Mediums vor einem Hochdruckkühler in den Kreislauf gespeist, um hohe Temperaturen an der empfindlichen Elektronik der Pumpe zu vermeiden.
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Die
DE 23 28 655 A zeigt ein Geschirrspülgerät mit einer Heizvorrichtung. Dabei weist das Geschirrspülgerät eine erste Flüssigkeit, die durch ein Pumpen zu Verteilungsgliedern zum Reinigen von Geschirr verwendet wird, und eine zweite Flüssigkeit, die eine Umhüllung um einen Motor weitgehend füllt, auf. Die erste Flüssigkeit ist in Wärmeübergangskontakt mit der zweiten Flüssigkeit, sodass Wärme von der zweiten Flüssigkeit zur ersten Flüssigkeit übertragen wird, wobei die Temperatur der ersten Flüssigkeit spürbar angehoben wird. Die erwärmte erste Temperatur wird dann zu den Verteilungsgliedern gepumpt.
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Allerdings sind auch Pumpen mit einem Antrieb vom Nassläufertyp mit charakteristischen Nachteilen behaftet. So vergrößert das Spaltrohr den Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator, wodurch eine Übertragung der elektromagnetischen Felder des Stators auf die magnetischen Pole des Rotors an einem permanenterregten bürstenlosen Motor geschwächt wird. Um eine magnetische Permeabilität gegenüber den Feldern möglichst gering zu beeinträchtigen und Korrosion zu vermeiden, werden die Spaltrohre aus einem Kunststoff gefertigt. Der Einsatz von Kunststoffen am Spaltrohr führt jedoch zu einer Wärmeisolation des Stators, sodass eine erforderliche Wärmeabfuhr an den Feldspulen herabgesetzt ist.
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Ferner kann das Fördermittel, insbesondere im Fall eines Kühlmittels, partikelförmige und gegebenenfalls magnetische Verunreinigungen in den Flüssigkeitsbereich und die Wellenlagerungen des nasslaufenden Elektromotor eintragen, und eine freigängige Drehung des Rotors durch sukzessive Ablagerung beeinträchtigen oder durch ein Verklemmen zwischen Rotor und Spaltrohr blockieren.
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Abgesehen von den diskutierten Pumpengattungen mit trockenlaufendem oder nasslaufendem Elektromotor, wird in der
DE 10 2005 038 209 A1 ein flüssigkeitsgekühlter Elektromotor mit einem internen Kühlkreislauf beschrieben, der von einer Motorkreisel-Kühlpumpe umgewälzt wird. Die eigenständige Motorkreisel-Kühlpumpe ist in dem Gehäuse eines als Nassläufer ausgeführten Elektromotors angeordnet, um eine Strömung der Kühlflüssigkeit zur Abfuhr der Verlustleistung herzustellen. Die Offenbarung zielt auf einen Elektromotor mit großen Abmessungen und einer hohen Leistungsklasse ab, wodurch der relativ kostenintensive Aufbau zu rechtfertigen ist.
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Es besteht eine Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrische Pumpe bzw. eine Kühlmittelpumpe zu schaffen, die konstruktionsbedingt eine lange Lebensdauer gewährleistet.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kühlmittelpumpe zu schaffen, die unempfindlich gegenüber Verunreinigungen aus dem Fördermedium ist.
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Darüber hinaus besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, eine Kühlmittelpumpe mit einem einfachen und kostengünstigen Aufbau zu schaffen.
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Die Aufgabe und Aspekte werden erfindungsgemäß durch eine Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe, eingerichtet zur Förderung eines Kühlmittelkreislaufs für eine Verbrennungskraftmaschine bzw. eine Verbrennungsmaschine, zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Pumpengehäuse eine Motorkammer zur Aufnahme eines flüssigen, elektrisch nichtleitenden Mediums ausgebildet ist, wobei das Medium mit dem elektrischen Motor in Kontakt steht und durch eine Wellendichtung zu der Pumpenkammer abgegrenzt ist. Es ist ein Druckausgleichselement bereitgestellt, das mit der Pumpenkammer und der Motorkammer in Verbindung steht und ein Druckgleichgewicht zwischen dem Fördermedium und dem nichtleitenden Medium herstellt.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine elektrische Pumpe mit einer Wellendichtung vor, zu deren axialen Seiten ein gleicher hydrostatischer Druck anliegt.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Kühlmittelpumpe vor, deren Elektromotor, d.h. insbesondere die Feldspulen des Stators, ohne Abtrennung durch ein Spaltrohr, mit einem flüssigen Medium als Wärmeträger in Kontakt stehen. In Betrachtung des Elektromotors, ist dieser weder einem Trockenläufer noch einem konventionellen Nassläufer zuzuordnen.
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Durch das Druckausgleichselement wird ein druckausgeglichenes Wellendichtungssystem bereitgestellt, das eine Vermischung des Fördermediums und des wärmetragenden nichtleitenden Mediums dauerhaft verhindert. Die ausgeglichene Druckverteilung an beiden Seiten der Wellendichtung sorgt dafür, dass am dynamischen Dichtspalt zwischen Welle und Dichtlippe im Wesentlichen keine Druckdifferenz und folglich kein Antrieb für eine einseitige Leckageströmung auftritt. Dadurch kann eine weitgehend verschleißfrei laufende Wellendichtung für hohe Laufzeiten sichergestellt werden.
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Nachdem ein Spaltrohr gegenüber den bekannten Nassläuferpumpen entfällt, kann eine Gesamtabmessung des Elektromotors kleiner ausfallen. Ferner wird eine Feldabschwächung des Stators in Bezug auf den Rotor vermieden, die durch ein Spaltrohr bewirkt wird. Somit wird die Gesamteffizienz des elektrischen Antriebs verbessert.
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Durch eine Abschottung des Elektromotors und des nichtleitenden Mediums gegenüber dem Fördermedium, werden ein Eintrag und eine fortschreitende Ablagerung von partikelförmigen Fremdkörpern am Rotor und dem Spalt zum Stator verhindert. Dadurch wird eine lange Betriebsfähigkeit und Robustheit gegenüber Partikeln im Fördermedium sichergestellt.
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Das nichtleitende Medium dient zugleich als Wärmeträger, der die Abwärme der Verlustleistung an den Feldspulen aufnimmt und nach Eintreten einer Temperaturdifferenz zu der Pumpenkammer an den dazwischenliegenden Gehäuseabschnitt abgibt. Ein solcher Wärmeübergang wird im Betrieb durch eine Konvektion an der Motorkammerwand verstärkt, die durch den Kontakt des Mediums mit dem Rotor als bewegte Motorkomponente entsteht. Durch die verbesserte Kühlung des Elektromotors wird eine Alterung der elektrischen und elektronischen Komponenten länger unterbunden.
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Durch die Aufnahme des Elektromotors in einer abgeschlossenen Motorkammer, sind die Motorkomponenten besser vor äußeren Einflüssen, insbesondere vor ungewünschter Feuchtigkeit durch extreme Nässebedingungen oder einem Eintauchen, das z.B. bei Flussdurchquerungen in Offroad-Anwendungen eines Fahrzeugs auftreten kann, geschützt. Im Vergleich zu einem Trockenläufer, sind die Motorkomponenten ebenso vor Feuchtigkeit durch eine geringe Leckageströmung, die an herkömmlichen Wellendichtung mit Druckdifferenz auftritt, geschützt. Dadurch wird eine lange Betriebsfähigkeit und Robustheit gegenüber solchen Einflüssen sichergestellt, die durch das Einsatzgebiet oder das Anwendungsprofil bedingt werden.
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Darüber hinaus werden Betriebsgeräusche des elektrischen Antriebs in der mit dem nichtleitenden Medium befüllten Motorkammer nach außen abgedämpft. Hierdurch wird zu einem höheren Komfort der Insassen und der Umwelt beigetragen.
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Die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass zumindest ein abgrenzender Bereich des Pumpengehäuses zwischen der Pumpenkammer und der Motorkammer aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, und der Motorrotor des elektrischen Motors an dessen Oberfläche Strömungsmittel oder eine Strukturierung aufweist, die einen Teil der kinetischen Energie einer Rotationsbewegung des Rotors in das nichtleitende Medium eintragen kann.
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Aus diesen neuartigen Aspekten ergeben sich gegenüber den diskutierten herkömmlichen elektrisch angetriebenen Pumpen zahlreiche Vorteile.
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Durch die gute Wärmeleitfähigkeit von Aluminium wird somit unter wirtschaftlichen Materialkosten ein bestmöglicher Wärmeübergang an der Motorkammerwand von dem als Wärmeträger dienenden nichtleitenden Medium auf die Pumpenkammer realisiert.
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Durch eine strömungswirksame Oberflächengestaltung des Motorrotors wird eine Umwälzung des als Wärmeträger dienenden nichtleitenden Mediums verbessert, und ein Wärmeübergang auf die Motorkammerwand durch Konvektion verstärkt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Kühlmittelpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Druckausgleichselement als eine Membran ausgebildet sein, die am Pumpengehäuse abgedichtet fixiert ist.
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Die Membran stellt eine einfache mögliche Variante zur Realisierung eines Druckausgleichs zwischen zwei Motorkammern bereit, die im Vergleich zu einem Kolben hermetisch abdichtet.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Druckausgleichselement in der Form eines Faltenbalgs mit einer geöffneten Seite und einer geschlossenen Seite ausgebildet sein, wobei die geöffnete Seite zu der Pumpenkammer gerichtet am Pumpengehäuse abgedichtet fixiert ist.
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Der Faltenbalg stellt im Vergleich zu einer elastisch gespannten Membran ein größeres Differenzvolumen bereit. Zugleich kann das Differenzvolumen bei geringerer Flächenspannung bzw. Materialdehnung realisiert werden, sodass aufgrund geringerer elastischer Beanspruchung eine höhere Lebensdauer des Druckausgleichselements erzielt wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das flüssige, elektrisch nichtleitende Medium durch ein Silikonöl oder in Form von 3MTM NovecTM bereitgestellt sein.
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Neben verschiedenen möglichen flüssigen Medien, die anhand ihrer deionisierten Substanz eine ausreichende elektrische Isolierung in der Umgebung der Feldspulen bereitstellen, sind Silikonöle oder 3MTM NovecTM in vorteilhafter Weise geeignet, da sie gleichzeitig vorteilhafte tribologische Eigenschaften bereitstellen, und gegenüber den Materialen der Motor- und Elektronikkomponenten chemisch inert sind.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Lagerung der Welle zu der Motorkammer geöffnet angeordnet sein.
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Auf diese Weise kann die Wellenlagerung durch das nichtleitende Medium geschmiert werden, wodurch ein Verschleiß von Lagerflächen und Wälzkörpern minimiert wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Leistungselektronik des elektrischen Motors zu der Motorkammer angeordnet sein.
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Durch einen Kontakt der Leistungselektronik, d.h. wärmeerzeugenden Elektronikbausteinen wie Feldeffekttransistoren und Kondensatoren mit dem nichtleitenden Medium, kann zu deren Kühlung ein zusätzlicher Wärmeübergang von der Leistungselektronik über das nichtleitenden Medium auf die Pumpenkammer bereitgestellt werden. Durch die Aufnahme in die abgeschlossene Motorkammer des nichtleitenden Mediums ist die Elektronik ferner vor der Atmosphäre bzw. äußeren Einflüssen geschützt.
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Zudem besteht innerhalb der Motorkammer eine größere Gestaltungsfreiheit zur Positionierung der Leistungselektronik, da diese nicht zwangsweise an einer möglichst kurzen Wärmebrücke einer Temperaturdifferenz, d.h. im Bereich der Pumpenkammer am Pumpengehäuse angeordnet werden muss, um eine gute Wärmeabfuhr bereitzustellen.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Motorrotor Durchgangsöffnungen mit axialer Erstreckung aufweisen.
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Durch die Durchgangsöffnungen kann eine axial gerichtete Strömung durch den Rotor geführt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Strömungsmittel und/oder die Durchgangsöffnungen dazu eingerichtet sein, mittels der Rotationsbewegung des Motorrotors eine axial gerichtete Zirkulation des nichtleitenden Mediums in der Motorkammer zu erzeugen.
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Durch eine solche strömungswirksame Gestaltung des Motorrotors, kann ohne Bedarf einer weiteren Pumpe eine Zirkulation des Wärmeträgers entlang der Motorkomponenten in der Motorkammer umgesetzt werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Zirkulation in der Motorkammer am äußeren Umfang des Motorrotors durch die Feldspulen des radial umgebenden Stators zu der Trennwand des Pumpengehäuses gerichtet sein und an einem inneren Umfangsabschnitt des Rotors durch die Durchgangsöffnungen zu der Leistungselektronik gerichtet sein.
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Hierdurch kann eine als effektiver Kühlkreislauf dienende Zirkulation in der Motorkammer erzielt werden, wobei das nichtleitende Medium als Wärmeträger zunächst an den wärmeerzeugenden Feldspulen des Stators und vorzugsweise ebenso an der wärmeerzeugenden Leistungselektronik vorbeigeführt wird, bevor es anschließend einen kühleren Bereich in Angrenzung an die Pumpenkammer passiert und wieder zurückgeführt wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die Wellendichtung zu beiden axialen Seiten wenigstens eine dynamische Dichtlippe gegenüber der Welle aufweisen.
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Durch diese Ausgestaltung werden zwei Dichtspalte gebildet, deren Zwischenraum sich durch Leckage auffüllt und denselben Druck wie den außenliegenden einnimmt. Dadurch wird ein einseitig gerichteter Antrieb einer Leckageströmung, welche die Wellendichtung passiert, weiter unterdrückt, bzw. ein entsprechender Widerstand der Wellendichtung erhöht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung können die Pumpenkammer und das Flügelrad als Radialpumpe oder als Halbaxialpumpe ausgebildet sein.
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Da sich diese Pumpentypen als Kreiselpumpen mit einem besonders guten volumetrischen Wirkungsgrad zur Förderung von Flüssigkeiten etabliert haben, und einen axial benachbarten Aufbau von Pumpenbaugruppe und Antriebsbaugruppe aufweisen, eignen sie sich in bevorzugter Weise zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Pumpenaufbaus.
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Von den obengenannten Vorteilen zur Betriebssicherheit und der erfindungsgemäßen Kühlung des Elektromotors bzw. der Leistungselektronik, die auch bei geringer Temperaturdifferenz zu einem erwärmten Kühlwasser wirksam bleibt, profitiert insbesondere das Anwendungsgebiet zur Kühlung von Verbrennungsmaschinen in Fahrzeugen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in 1 dargestellt ist.
- 1 zeigt eine Längsschnittansicht des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen elektrischen Pumpe.
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Wie der Schnittdarstellung in 1 zu entnehmen ist, umfasst ein Pumpengehäuse 1 auf einer Seite eine Motorkammer 6, in der ein Elektromotor 5 aufgenommen ist. Ein Stator 51 mit Feldspulen (nicht dargestellt) ist innerhalb der Motorkammer 6 am Pumpengehäuse 1 fixiert und umgibt einen Motorrotor 52, der permanentmagnetischen Elemente als Rotorpole aufweist. Die Rotorpole sind im Betrieb umlaufend geschalteten Magnetfeldern der Feldspulen ausgesetzt, wodurch ein Drehmoment am Motorrotor 52 erzeugt wird. Ein axiales Ende der Motorkammer 6 ist durch einen Gehäuseboden des Pumpengehäuses 1 abgeschlossen. In dem Gehäuseboden des Pumpengehäuses 1 ist die Leistungselektronik 53 des Elektromotors 5 aufgenommen, die Feldeffekttransistoren und Kondensatoren umfasst.
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Die Motorkammer 6 ist mit einer verschließbaren Öffnung 16 im Pumpengehäuse 1 versehen und sie ist durch diese mit einem flüssigen, nichtleitenden Medium B bzw. Fluid befüllt. Die geeignete elektrisch isolierende Eigenschaft des nichtleitenden Mediums B wird durch ein Silikonöl oder einer unter der Handelsbezeichnung NovecTM des Herstellers 3MTM bekannten Flüssigkeit bereitgestellt, deren Substanz keine Ionen trägt oder transportiert. Somit ist sichergestellt, dass zwischen den alternierend geschalteten Feldspulen des Stators 51, die unmittelbar benachbart angeordnet und von dem nichtleitenden Medium umgeben sind, keine Kurzschlüsse auftreten.
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Der Motorrotor 52 sitzt drehfest auf einem Ende einer Pumpenwelle 4, die in einem mittleren Abschnitt derselben durch eine Wellenlagerung 14 drehbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist und sich auf der anderen Seite des Pumpengehäuses 1, die dem Elektromotor 5 gegenüberliegt, in einen weiteren Hohlraum erstreckt, der eine Pumpenkammer 2 bildet. Ein Flügelrad 3 ist drehfest auf dem anderen Ende der Pumpenwelle 4 fixiert in der Pumpenkammer 2 aufgenommen und wird durch das im Betrieb erzeugte Drehmoment am Motorotor 52 gedreht.
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Zwischen der Wellenlagerung 14 und der Pumpenkammer 2 ist eine Wellendichtung 26 angeordnet. Die Wellendichtung 26 ist eine doppelt wirkende Dichtung mit zwei Dichtlippen, welche das nichtleitende Medium B, das durch einen Lagerspalt der Wellenlagerung 14 hindurch gelangt, und das Fördermedium A voneinander trennt. Die Wellendichtung besteht vorzugsweise aus einem PDFE-Verbundmaterial, das sich durch eine niedrige Reibung auszeichnet.
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In ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses ist ein Pumpendeckel 12 eingesetzt, der die Pumpenkammer 2 zum Ende der Pumpenwelle 4 am Flügelrad 3 abschließt. Der Pumpendeckel 12 bildet einen zentral angeordneten Ansaugstutzen als Pumpeneinlass 11 aus, der auf eine Stirnseite des Flügelrads 3 axial zuführt.
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Das Flügelrad 3 ist ein bekanntes Radialpumpenflügelrad mit einer an den Ansaugstutzen angrenzenden zentralen Öffnung. Der Förderstrom, des Fördermediums A, welches in der Anwendung des Ausführungsbeispiels ein Kühlwasser ist, strömt das Flügelrad 3 axial durch den Pumpeneinlass 10 an, und wird durch die innenliegenden Flügel radial nach außen aus der Pumpenkammer 2 beschleunigt. An den Umfang der Pumpenkammer 2 schließt sich ein Spiralgehäuse an, das den radial gerichteten Förderstrom tangential in einen Druckstutzen einleitet, der den Pumpenauslass 11 bildet.
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Die Pumpenkammer 2, in welcher das Fördermedium A gefördert wird, und die Motorkammer 6, die mit dem nichtleitenden Medium B befüllt ist, sind durch einen abgrenzenden Bereich 13 des Pumpengehäuses 1 voneinander abgetrennt. In dem abgrenzenden Bereich 13 bzw. Trennwand des Pumpengehäuses 1 zwischen der Pumpenkammer 2 und der Motorkammer 6, in der die Wellenlagerung 14 aufgenommen ist, erstreckt sich eine Verbindung 17. Die Verbindung 17 weist seitens der Pumpenkammer 2 einen Abschnitt mit großem Durchmesser und seitens der Motorkammer 6 einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser auf. Der Abschnitt mit großem Durchmesser der Verbindung 17 seitens der Pumpenkammer 2 bildet einen zylindrischen Innenraum 70.
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In dem zylindrischen Innenraum 70 der Verbindung 17 ist ein Druckausgleichselement 7 angeordnet. Das Druckausgleichselement 7 weist die Form eines Faltenbalgs mit einer geöffneten und einer geschlossenen Seite auf. Das Druckausgleichselement 7 ist mit der geöffneten Seite in einem Mündungsbereich des zylindrischen Innenraums 70 der Verbindung 17 zu der Pumpenkammer 12 an dem Pumpengehäuse 1 befestigt. Die Befestigung ist durch eine Radialpressung zwischen einem ringförmigen Ende des Druckausgleichselement 7 und der Mündung des zylindrischen Innenraums 70 hergestellt, wodurch zugleich eine Abdichtung erfolgt.
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Der Körper des Druckausgleichelements 7 kann sich in Form des Faltenbalgs in axialer Richtung des zylindrischen Innenraums 70 der Verbindung 17 flexibel ausstrecken. Somit kann der Körper des Druckausgleichelements 7 je nach Erstreckungszustand ein variables Volumen des Fördermediums A aus der Pumpenkammer 2 aufnehmen. Das verbleibende Volumen in dem zylindrischen Innenraum 70 füllt sich andererseits über die Verbindung 17 mit dem nichtleitenden Medium B aus der Motorkammer 6.
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Der zylindrische Innenraum 70 der Verbindung 17 liegt radial innerhalb eines Durchmessers des Flügelrads 3. Somit entspricht ein lokaler Druck des Förderstroms, der an der Rückseite des Flügelrads 3 in der Pumpenkammer 2 auf das Druckausgleichselement 7 wirkt, im Wesentlichen demjenigen lokalen Druck, der radial weiter einwärts auf die Wellendichtung 26 wirkt.
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Der Druck des Fördermediums A, der im Betrieb der Pumpe an dem Druckausgleichselement 7 anliegt, stellt ein entsprechendes Aufnahmevolumen des Körpers bzw. eine entsprechende Erstreckung des Faltenbalgs ein. Hierdurch wird unter Abgrenzung der beiden Medien eine Druckübertragung von dem Fördermedium A auf das nichtleitende Medium B in der Motorkammer 6 erzeugt. Der übertragene Druck setzt sich in der Motorkammer 6 gleichwirkend auf die Wellendichtung 26 fort. Somit stellt sich selbstständig ein Druckgleichgewicht beiderseits der Dichtlippen der Wellendichtung 26 ein.
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Der Motorrotor 52 weist eine strömungswirksame, lamellenförmige Oberflächenstrukturierung (nicht dargestellt) auf. Zudem weist der Motorrotor 52 Durchgangsöffnungen 54 mit einer axialen Erstreckung auf, deren Längsachsen zu der Achse der Welle in einer Rotationsrichtung geneigt sind (nicht dargestellt). Dadurch werden in einem radial inneren und einem radial äußeren Abschnitt des Motorrotors 52 entgegengesetzte Strömungen bewirkt, die zu einer Zirkulation des umgebenden nichtleitenden Mediums B führen, welche durch die Pfeile in 1 dargestellt ist.
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Die dargestellte Zirkulation wird zusammen mit der Wärmekapazität des nichtleitenden Mediums B als Kühlkreislauf für die Leistungselektronik 53 und die Feldspulen im Motorstator 51 genutzt. Dabei wird das nichtleitende Medium B als Wärmeträger durch die Durchgangsöffnungen 54 des Motorrotors 52 zu der Leistungselektronik 53 im Bereich des Gehäusebodens des Pumpengehäuses 1 und durch die Feldspulen geführt, sodass Abwärme aus Verlustleistung aufgenommen wird. Im weiteren Verlauf der Zirkulation wird das als Wärmeträger dienende nichtleitende Medium B an der Trennwand des Pumpengehäuses 1 zwischen der Motorkammer 6 und der Pumpenkammer 2 vorbeigeführt, wo es aufgrund einer Temperaturdifferenz zu einer niedrigeren Temperatur des Fördermediums A, unter Konvektion Wärme an die Kammerwand abgibt.
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Das Pumpengehäuse 1 ist aus Aluminium oder einer Aluminiumgusslegierung gefertigt, um eine gute Wärmeleitfähigkeit bereitzustellen. Aufgrund der Konvektion des Förderstroms wird gegenüberliegend wiederum eine gute Wärmeaufnahme in das Fördermedium A sichergestellt. Durch den verhältnismäßig großen Massestrom des Fördermediums A im Vergleich zu der geringen Masse des Füllvolumens der abgeschlossenen Motorkammer 6 kann auch bei einer geringen Temperaturdifferenz der beiden Medien eine effektive Wärmeabfuhr der elektrischen Verlustleistung gewährleistet werden.
